MTI在連續(xù)波雷達中的應(yīng)用研究

焦子朋，耿 哲，周思玥

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081;2.河北工業(yè)大學(xué)，天津 300130;3.重慶郵電大學(xué)，重慶 400065)

0 引言

在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭條件下，雷達所面臨的電磁信號環(huán)境越來越復(fù)雜，因此雷達在復(fù)雜電磁環(huán)境下的生存能力便成為衡量雷達性能指標(biāo)的重要標(biāo)志。偵察監(jiān)視雷達探測的目標(biāo)大部分為運動目標(biāo)，如艦船、飛機和導(dǎo)彈等，而雷達接收到的無源干擾主要為靜止目標(biāo)或低速雜波，如地雜波、海雜波、氣象雜波和箔條干擾等，這些雜波的存在嚴(yán)重影響了雷達對運動目標(biāo)的檢測能力。運動目標(biāo)和靜止目標(biāo)的差別主要體現(xiàn)在速度上，這一速度差別反映在雷達回波中，它們的多普勒頻移不同。這樣，在時域上互相混迭的目標(biāo)回波信號和雜波信號有可能從頻域上予以區(qū)分［1］。本文在偽碼調(diào)相連續(xù)波體制雷達中采用MTI處理方法實現(xiàn)了對雜波中的動目標(biāo)檢測。

1 MTI基本原理

1.1 脈沖雷達MTI原理

MTI一般應(yīng)用于脈沖體制雷達中，實現(xiàn)慢速運動(或固定)目標(biāo)與快速運動目標(biāo)的區(qū)分。當(dāng)固定目標(biāo)和地雜波等與運動目標(biāo)處于同一距離單元時，因固定目標(biāo)回波中的多普勒頻率為零，慢速運動的雜波中所含的多普勒頻移也集中在零頻附近，它們的回波經(jīng)相位檢波后，輸出信號的相位將不隨時間變化或隨時間做緩慢變化，反映在幅度上則為其幅度不隨時間變化或隨時間緩慢變化。相反，運動目標(biāo)回波經(jīng)相檢輸出后，因其相位隨時間快速變化，反映在幅度上也是其幅度隨時間變化較快。因此，若將同一距離單元在相鄰重復(fù)周期內(nèi)的相檢輸出做相減運算，則固定目標(biāo)回波由于其幅度和相位沒有變化而被完全對消，慢速雜波也將得到很大程度的衰減，只有運動目標(biāo)回波得以保留。顯然這樣便可將固定目標(biāo)、慢速雜波與運動目標(biāo)區(qū)別開來［2，3］。

1.2 連續(xù)波雷達MTI處理方法

連續(xù)波雷達MTI處理方法借鑒脈沖體制雷達的處理方法來實現(xiàn)雜波中的動目標(biāo)檢測。文獻［4］提出了一種“多間隔周期的MTI處理”方法，降低了MTI對低速目標(biāo)回波信號的損耗，其具體實現(xiàn)原理如圖1所示。

圖1 多間隔周期的三脈沖對消原理

由圖1可求得“三脈沖”MTI系統(tǒng)函數(shù)為:

其相應(yīng)的傳遞函數(shù)可表示為:

這里采用偽碼調(diào)相連續(xù)波體制雷達，其中k為MTI處理的多間隔周期數(shù)，T為偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達等效周期，T=P·τ，P為偽碼碼長，τ為碼寬。不同k值的選取對雜波的處理性能會有不同的影響，同時對不同速度的目標(biāo)回波衰減效果不同。以下采用偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達進行仿真分析，得出動目標(biāo)檢測中不同實際需要時k值的選取方法。

2 仿真與分析

對偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達進行仿真，系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)定:頻率f0=10 GHz，波長λ=3cm，碼長P=511，碼寬 τ=0.5μs。

由偽碼測距及測速的原理可知，其最大不模糊距離及多普勒容限［5］分別為:

由式(3)得Rmax=38325m ，fdmax=1.9569kHz，由fd=2v/λ，得相應(yīng)的目標(biāo)徑向速度最大值為vmax=105.6726 km/h。

在信號處理流程中是否采用MTI技術(shù)或MTI在信號處理流程中位置的不同都可能造成不同的處理結(jié)果，以下分別采用3種處理方案對目標(biāo)回波信號進行處理，如圖2所示。

圖2 3種信號處理方案

圖2(a)對回波信號做相關(guān)處理，再對相關(guān)后的結(jié)果做FFT處理，得到目標(biāo)的頻域結(jié)果，并不對回波做MTI處理;圖2(b)先對回波信號做相關(guān)處理，再將相關(guān)后的結(jié)果做MTI處理來抑制雜波，最后將MTI對消后的信號做FFT處理變換到頻域，得到目標(biāo)的頻域結(jié)果;圖2(c)先對回波信號做MTI對消處理，抑制掉雜波，再將處理后的結(jié)果做相關(guān)處理，最后經(jīng)FFT變換得到動目標(biāo)的頻域結(jié)果。

2.1 3種處理方案比較

在SNR=－20 dB、k=1的情況下，設(shè)定目標(biāo)速度為100 km/h，圖2所示的3種處理方案的仿真結(jié)果如圖3所示，通過比較、分析可以得出以下結(jié)論:

①圖2(b)與圖2(c)兩種方法的處理結(jié)果并無明顯差異，所以對回波信號是先做MTI還是后做MTI，對信號的處理結(jié)果基本無影響;

② 圖2(b)、圖2(c)與圖2(a)相比，雜波得到了較明顯的抑制，經(jīng)過MTI處理與不經(jīng)MTI處理，輸出結(jié)果的信雜比有了較大的改善，從而可以提高對運動目標(biāo)的檢測能力。

圖3 3種處理結(jié)果對比

2.2 MTI對目標(biāo)速度影響

MTI對不同速度目標(biāo)的處理結(jié)果會不同。低速目標(biāo)處理結(jié)果如圖4所示。

圖4 低速目標(biāo)處理結(jié)果

從圖4的低速目標(biāo)(目標(biāo)速度為20 km/h)處理結(jié)果與圖3的高速目標(biāo)(目標(biāo)速度為100 km/h)處理結(jié)果相比，可以看出，MTI處理對低速目標(biāo)損耗較大，輸出的信雜比明顯比對高速目標(biāo)的處理結(jié)果低。為實現(xiàn)對低速目標(biāo)的有效檢測，可采用多間隔周期的MTI進行處理。

2.3 不同多間隔周期MTI比較

不同多間隔周期MTI處理對不同速度的目標(biāo)也會產(chǎn)生不同的效果。由圖5可以看出，若采用較小k值，如k=1的單間隔周期MTI，則在對消掉目標(biāo)雜波的同時，對于低速運動的目標(biāo)亦存在損耗，但對高速運動的目標(biāo)卻有較好的效果。若采用多間隔周期的MTI的方法，如k≥3時，可減少對低速目標(biāo)的損耗，實現(xiàn)對雜波中低速目標(biāo)的有效檢測。

圖5 多間隔周期MTI處理結(jié)果

由于多普勒頻率頻帶較寬，間隔周期k值的選取將直接影響MTI處理的性能。當(dāng)目標(biāo)速度較低時，可選擇較大的k值，以減少對低速目標(biāo)的損耗;當(dāng)目標(biāo)速度較高時，可選擇較小的k值(k=1或k=2)。圖5(a)、(b)很直觀地反映了這一點。

3 結(jié)束語

借鑒脈沖體制雷達中MTI的處理方法，在偽碼調(diào)相連續(xù)波體制雷達中，通過對比采用常規(guī)方法、MTI在相關(guān)處理之前和之后的3種信號處理方案，得出采用MTI比不采用MTI方案更能有效地檢測運動目標(biāo)，但單間隔周期的MTI對低速運動目標(biāo)有較大的損耗，可采用多間隔周期以減小對低速目標(biāo)的損耗，實現(xiàn)對雜波中動目標(biāo)的有效檢測，得到較好的結(jié)果。在研究中忽略了盲速的影響，盲速可通過PRF參差或PRF捷變［6］等方法解決。■

［1］李 宏，楊英科，薛冰.雷達信號處理MTI/MTD性能分析與功能測試［J］.計量與測試技術(shù)，2003(5):30－34.

［2］承德寶.雷達原理［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2008.

［3］馬志剛.地面雷達中的MTI濾波器設(shè)計［J］.科技信息，2011(3):519－536.

［4］李 帥，閆世強，湯子躍.一種偽碼調(diào)相連續(xù)波雷達的雜波抑制方法［J］.空軍雷達學(xué)院學(xué)報，2005，19(4):14－16.

［5］付耀先.相位編碼雷達性能與應(yīng)用研究［D］.南京:南京理工大學(xué)，2002.

［6］MAHAFZAB R.雷達系統(tǒng)分析與設(shè)計(MATLAB版)(第2版)［M］.羅 群，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2008.